CN101546606A

CN101546606A - 移位寄存器及其显示驱动器

Info

Publication number: CN101546606A
Application number: CN200810087675A
Authority: CN
Inventors: 蔡政宏; 廖亿丰; 许峻源
Original assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: CN101546606B

Abstract

本发明提出一种移位寄存器及其显示驱动器。本发明所提出的显示驱动器可以直接配置在液晶显示面板的玻璃基板上，借以取代目前所惯用的扫描驱动器，如此即可将液晶显示器的制作成本压低。除此之外，本发明所提出的显示驱动器内部每一级移位寄存器的输出级晶体管所承受的应力可以被拉低，因此，本发明所提出的移位寄存器的可靠度会相当高，所以当本发明所提出的移位寄存器处在长时间的运作状况下，也不会发生误动作。

Description

移位寄存器及其显示驱动器

技术领域

本发明是有关于一种平面显示技术，且特别是有关于一种移位寄存器及使用其的显示驱动器。

背景技术

近年来，随着半导体科技蓬勃发展，携带型电子产品及平面显示器产品也随之兴起。而在众多平面显示器的类型当中，液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)基于其低电压操作、无辐射线散射、重量轻以及体积小等优点，随即已成为显示器产品的主流。也亦因如此，无不驱使着各家厂商针对液晶显示器的开发技术要朝向微型化及低制作成本发展。而为了要将液晶显示器的制作成本压低，已有部份厂商提出直接在玻璃基板上利用薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)制作成多级移位寄存器(shift register)，借以取代目前所惯用的扫描驱动器(scan driver)，如此即可降低液晶显示器的制作成本。

图1绘示为现有直接制作在玻璃基板上的3级移位寄存器(shift register)的电路图。图2绘示为图1所揭露的3级移位寄存器的操作时序与电压模拟图。而为了要能清楚地叙述现有每一级移位寄存器的缺陷，在此图1中特别标示了晶体管Q1、起始脉冲STV、时脉信号CK1～CK3、栅极低电位电压V_GL，以及输出节点OUT1～OUT3。

请合并参照图1及图2，移位寄存器100的操作主要是利用3个相位相差120度的时脉信号CK1～CK3，来使数据位在一个时脉周期内，由前一个移位寄存器移动到下一个移位寄存器。一般而言，当输出节点OUT1为高电位时，表示下一个移位寄存器接收到高电位，此时晶体管Q1的栅极必须为低电位，所以晶体管Q1处在截止状态。但是，当输出节点OUT1为低电位时，此时晶体管Q1的栅极必须为高电位，所以晶体管Q1则处在导通状态。

故依据上述可知的是，每一级移位寄存器的晶体管Q1都会有三分之二的时间处在导通的状态下。况且，一般移位寄存器的级数又必须追随液晶显示面板的解析度，因此，每一级移位寄存器的晶体管Q1处在导通状态的时间将会被拉得更长，所以每一级移位寄存器的晶体管Q1所受到的应力(stress)将会非常大。再者，图3绘示为薄膜晶体管在栅极处在高电压状态下的电流-电压曲线图。请参照图3，由图3可以清楚看出，在晶体管Q1施加应力越久的状况下，要导通晶体管Q1所需的栅极电压就必须越大。因此，将此型态的移位寄存器直接制作在玻璃基板上来取代目前所惯用的扫描驱动器时，其会有可靠度上的疑虑产生，以至于无法实际应用于产品量产的阶段。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的为提供一种移位寄存器，可以达到降低其输出级晶体管的应力，进而提升其本身的可靠度。

本发明的另一目的为提供一种显示驱动器，其通过将上述本发明所提出的移位寄存器多级串接，并直接配置于玻璃基板上，借以来取代目前所惯用的扫描驱动器，进而达到降低液晶显示器的制作成本。

本发明的再一目的为提供一种具有上述本发明所提出的显示驱动器的液晶显示面板，以及具有此类液晶显示面板的液晶显示器，其中所述液晶显示面板是利用非晶硅制程或多晶硅制程制作而成。

本发明所提出的移位寄存器包括第一至第四单向导通元件以及第一至第七开关。其中，第一至第四单向导通元件所接收的信号都是从其第一端导向其第二端。第一至第六开关的第二端接收栅极低电位电压。第一单向导通元件的第二端耦接第五、第七开关的控制端与第一开关的第一端。第二单向导通元件的第二端耦接第一、第三开关的控制端与第二开关的第一端。第三单向导通元件的第二端耦接第四开关的控制端。第四单向导通元件的第二端耦接第五开关的第一端与第六开关的控制端。第三、第四与第六开关的第一端耦接第七开关的第二端。第二开关的控制端耦接第一单向导通元件的第一端。第七开关的第一端耦接第四单向导通元件的第一端。

于本发明的一实施例中，移位寄存器还包括第八开关以及第九开关。其中，第八开关的第一端耦接第七开关的第一端。第八开关的控制端耦接第七开关的控制端。第九开关的第一端耦接第八开关的第二端。第九开关的第二端接收栅极低电位电压。第九开关的控制端耦接第六开关的控制端。

于本发明的一实施例中，上述第一单向性导通元件包括N型晶体管，其栅极耦接其第一漏/源极，并作为第一单向性导通元件的第一端，而其第二漏/源极作为第一单向性导通元件的第二端。

于本发明的一实施例中，上述第二至第四单向性导通元件分别包括第一N型晶体管以及第二N型晶体管。第一N型晶体管的栅极耦接其第一漏/源极。第二N型晶体管的栅极耦接第一N型晶体管的第二漏/源极。第二N型晶体管的第一漏/源极耦接第一N型晶体管的第一漏/源极。第一N型晶体管的栅极与其第一漏/源极以及第二N型晶体管的第一漏/源极作为上述第二至第四单向性导通元件的第一端。第二N型晶体管的第二漏/源极作为上述第二至第四单向性导通元件的第二端。

于本发明的一实施例中，上述第七开关包括第一N型晶体管以及第二N型晶体管。其中，第二N型晶体管的栅极耦接第一N型晶体管的栅极。第二N型晶体管的第一漏/源极耦接第一N型晶体管的第二漏/源极。第二N型晶体管的第二漏/源极作为第七开关的第二端。第一与第二N型晶体管的栅极作为第七开关的控制端。第一N型晶体管的第一漏/源极作为第七开关的第一端。

于本发明的一实施例中，第一至第六开关分别为N型晶体管，其栅极作为上述第一至第六开关的控制端，而其第一漏/源极作为上述第一至第六开关的第一端，且其第二漏/源极作为上述第一至第六开关的第二端。

于本发明的一实施例中，上述第一单向导通元件的第一端用以接收起始脉冲(start pulse)或来自前一级移位寄存器的输出数据，且上述第二至第四单向导通元件的第一端用以对应的接收3个具有相位差的时脉信号。

故依据上述各元件间的耦接关系及其所对应接收的信号，本发明所提出的移位寄存器即可降低其输出级晶体管(亦即上述第六开关)所受的应力，借以来提升其本身的可靠度。因此，当本发明所提出的移位寄存器处在长时间的运作状况下，也不会发生误动作。另外，由于本发明所提出的液晶显示面板是利用非晶硅制程或多晶硅制程制作而成。因此，本发明所提出的显示驱动器不但可以轻易地直接配置于液晶显示面板的玻璃基板上，且更可以取代目前所惯用的扫描驱动器。借此，在省略扫描驱动器的条件下，本发明所提出的液晶显示器的制作成本即可降低。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1绘示为习知直接制作在玻璃基板上的3级移位寄存器(shift register)的电路图。

图2绘示为图1所揭露的3级移位寄存器的操作时序与电压模拟图。

图3绘示为薄膜晶体管在栅极处在高电压状态下的电流-电压曲线图。

图4绘示为本发明一实施例的液晶显示器的系统方块图。

图5绘示为图4的移位寄存器414的电路图。

图6绘示为图5的移位寄存器414内部开关510的控制端所接收到的电压波形图。

图7绘示为图5的移位寄存器414更进一步的电路图。

主要元件符号说明：

Q1：晶体管

CK1～CK3：时脉信号

IN：输入节点

OUT1～OUT3、OUT：输出节点

501～504：单向性导通元件

505～511、701、702：开关

A、B、C、NXT：节点

M701～M703、M705～M714：N型晶体管

40：液晶显示面板

41：显示驱动器

411～416：移位寄存器

V_GL：栅极低电位电压

STV：起始脉冲

具体实施方式

图4绘示为本发明一实施例的液晶显示器的系统方块图。请参考图4，本实施例的液晶显示器包括液晶显示面板40以及多个显示驱动器41。其中，液晶显示面板40是利用非晶硅(α-Si)制程制作而成，而每一个显示驱动器41内包括多个移位寄存器411～416，并直接配置于液晶显示面板40的玻璃基板(glasssubstrate，未绘示)上。

图5绘示为图4的移位寄存器414的电路图。请合并参照图4及图5，此移位寄存器414包括4个单向性导通元件501～504以及7个开关505～511。其中，每一个单向性导通元件501～504皆用以将其第一端所接收的信号导向其第二端，而每一个开关505～511都具有第一端、第二端以及用以控制开关的第一、第二端导通与否的控制端。为了方便说明本实施例，在图5中又标示了节点A、B、C、输入节点IN，以及输出节点OUT。

于本实施例中，单向导通元件501的第一端与开关506的控制端耦接在一起，用以作为移位寄存器414的输入节点IN，并且接收由前级移位寄存器413的节点NXT所输出的数据，其中移位寄存器413的节点NXT所输出的数据与移位寄存器413的输出节点OUT所输出的数据相同。开关505～510的第二端都耦接到栅极低电位电压V_GL。单向导通元件502、503、504与开关511的第一端(节点A、B、C)分别接收时脉信号CK1～CK3。其中，时脉信号CK1与时脉信号CK2间的相位差为120度，时脉信号CK2与时脉信号CK3间的相位差为120度，时脉信号CK1与时脉信号CK3间的相位差为240度。

另外，单向导通元件501的第二端耦接开关509、511的控制端与开关505的第一端。单向导通元件502的第二端耦接开关505、507的控制端与开关506的第一端。单向导通元件503的第二端耦接开关508的控制端。单向导通元件504的第二端耦接开关509的第一端与开关510的控制端。开关507、508、510的第一端耦接开关511的第二端。

图6绘示为图5的移位寄存器414内部开关510的控制端所接收到的电压波形图。请合并参照图4～图6，由图6可以清楚看到，移位寄存器414内部开关510的控制端所接收的电压会根据时脉信号CK1而变动，故开关510所受到的应力相较于现有技术图1中的晶体管Q1会小很多。另外，输出节点OUT也因为会有开关507、508以及时脉信号CK2与CK3的控制，使其OUT所输出的数据不会出现异常。

上述实施例中的移位寄存器411～416的A、B、C节点分别会接收时脉信号CK1～CK3，且在实际状况下使用这些移位寄存器411～416是有规则的。上述实施例是以移位寄存器414作举例。若此移位寄存器414换成移位寄存器413时，则节点A接收时脉信号CK3，节点B接收时脉信号CK1，节点C接收时脉信号CK2。若此移位寄存器414换成移位寄存器412时，则节点A接收时脉信号CK2，节点B接收时脉信号CK3，节点C接收时脉信号CK1。

因此，上述规则可以归纳为：第3k+1个移位寄存器的节点B接收时脉信号CK2，节点C接收时脉信号CK3，节点A接收时脉信号CK1；第3k+2个移位寄存器的节点B接收时脉信号CK3，节点C接收时脉信号CK1，节点A接收时脉信号CK2；第3k个移位寄存器的节点B接收时脉信号CK1，节点C接收时脉信号CK2，节点A接收时脉信号CK3，其中k为自然数。

另外，更值得一提的是，虽然上述实施例中已经对本发明所欲提出的移位寄存器、显示驱动器、液晶显示面板以及液晶显示器描绘出了一个可能的型态，但以本发明所属技术领域中具有通常知识者应当知道，各厂商对于单向性导通元件以及开关的设计都不一样，因此本发明的应用当不限制于此种可能的型态。换言之，只要是如上述元件的功能与其耦接关系，就已经是符合了本发明的精神所在。

图7绘示为图5的移位寄存器414更进一步的电路图。请合并参照图5及图7，在此实施例中，单向性导通元件501是以N型晶体管M701作二极管连接来实施，亦即N型晶体管M701的栅极耦接其第一漏/源极，并作为单向性导通元件501的第一端，而N型晶体管M701的第二漏/源极则作为单向性导通元件501的第二端。

单向性导通元件502～504分别是用第一与第二N型晶体管M702与M703来实施。第一N型晶体管M702的栅极耦接其第一漏/源极；第二N型晶体管M703的栅极耦接第一N型晶体管M702的第二漏/源极；第二N型晶体管M703的第一漏/源极耦接第一N型晶体管M702的第一漏/源极。其中，第一N型晶体管M702的栅极与其第一漏/源极以及第二N型晶体管M703的第一漏/源极作为单向性导通元件502～504的第一端，而第二N型晶体管M703的第二漏/源极则作为单向性导通元件502～504的第二端。

另外，开关505～510则是全部由N型晶体管M705～M710来实施。其中，N型晶体管M705～M710的栅极分别作为开关505～510的控制端，而N型晶体管M705～M710的第一漏/源极分别作为开关505～510的第一端，且N型晶体管M705～M710的第二漏/源极分别作为开关505～510的第二端。

此外，开关511则是由两个串接且栅极互相耦接的N型晶体管M711与M712来实施。其中，N型晶体管M712的栅极耦接N型晶体管M711的栅极，而N型晶体管M712的第一漏/源极耦接N型晶体管M711的第二漏/源极。其中，N型晶体管M712的第二漏/源极作为开关511的第二端，而N型晶体管M711与M712的栅极作为开关511的控制端，且N型晶体管M711的第一漏/源极作为开关511的第一端。于本实施例中，开关511的所以利用串接N型晶体管M711与M712是为了要调整输出节点OUT的偏压大小。

再者，此实施例另外多了两个开关701与702，且这两个开关701与702分别是由N型晶体管M713与M714来实施。其中，N型晶体管M713的栅极耦接N型晶体管M711与M712的栅极，并作为开关701的控制端。N型晶体管M714的栅极耦接N型晶体管M710的栅极，并作为开关702的控制端。N型晶体管M714的第二漏/源极耦接栅极低电位电压V_GL，并作为开关702的第二端。N型晶体管M714的第一漏/源极与N型晶体管M713的第二漏/源极耦接到移位寄存器414的节点NXT，并分别做为开关702与701的第一端与第二端。N型晶体管M713的第一漏/源极接收时脉信号CK1，并作为开关701的第一端。

于本实施例中，每一个显示驱动器41内的第i+1个移位寄存器的单向性导通元件501的第一端会耦接第i个移位寄存器的开关701的第二端，其中i为自然数。因此，移位寄存器414的节点NXT会耦接到下一级移位寄存器415的输入节点IN。另外，N型晶体管M713以及N型晶体管M714主要是要让移位寄存器414的节点NXT所输出的数据与移位寄存器414的输出节点OUT所输出的数据相同，借以来分担N型晶体管M710～M712的负担。

上述实施例虽然提供了N型晶体管的实施例，但以本发明领域具有通常知识者参考上述实施例应当知道，此种设计主要是为了要配合液晶显示面板的制程方式为采用非晶硅制程的因素。因此，显示驱动器41内部的所有移位寄存器的开关及单向性导通元件才必须全部使用N型晶体管的设计。然而，若把液晶显示面板的制程方式改为多晶硅的制程方式的话，显示驱动器41内部的所有移位寄存器的开关及单向性导通元件也可以修改成全P型晶体管或互补式(NP混合的)晶体管的设计。因此，本发明所能主张的权利范围应不能以上述实施例为限制。

综上所述，依据上述所揭露的移位寄存器内部各元件间的耦接关系及其所对应接收的信号，本发明所提出的移位寄存器即可达到降低其输出级晶体管(亦即上述N型晶体管M710)所受的应力的目的，借以来提升其本身的可靠度。也因为如此，当本发明所提出的移位寄存器处在长时间的运作状况下，也不会发生误动作。

另外，由于本发明所提出的液晶显示面板是利用非晶硅制程或多晶硅制程制作而成。因此，本发明所提出的显示驱动器不但可以轻易地直接配置于液晶显示面板的玻璃基板上，且更可以取代目前所惯用的扫描驱动器。借此，在省略扫描驱动器的条件下，本发明所提出的液晶显示器的制作成本即可降低。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种移位寄存器，包括：

一第一单向导通元件，其信号从其第一端导向其第二端；

一第二单向导通元件，其信号从其第一端导向其第二端；

一第三单向导通元件，其信号从其第一端导向其第二端；

一第四单向导通元件，其信号从其第一端导向其第二端；

一第一开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中该第一开关的该第一端耦接该第一单向性导通元件的第二端，而该第一开关的该第二端接收一栅极低电位电压；

一第二开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中该第二开关的该第一端耦接该第一开关的该控制端以及该第二单向性导通元件的第二端，而该第二开关的该第二端接收该栅极低电位电压，且该第二开关的该控制端耦接该第一单向性导通元件的第一端；

一第三开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中该第三开关的该第二端接收该栅极低电位电压，而该第三开关的该控制端耦接该第二单向性导通元件的第二端；

一第四开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中该第四开关的该第一端耦接该第三开关的该第一端，而该第四开关的该第二端接收该栅极低电位电压，且该第四开关的该控制端耦接该第三单向性导通元件的第二端；

一第五开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中该第五开关的该第一端耦接该第四单向性导通元件的第二端，而该第五开关的该第二端接收该栅极低电位电压，且该第五开关的该控制端耦接该第一单向性导通元件的第二端；

一第六开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中该第六开关的该第二端接收该栅极低电位电压，而该第六开关的该控制端耦接该第五开关的该第一端；以及

一第七开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中该第七开关的该控制端耦接该第一单向性导通元件的第二端，而该第七开关的该第一端耦接该第四单向性导通元件的第一端，且该第七开关的该第二端耦接该第六开关的该第一端。

2.如权利要求1所述的移位寄存器，其特征在于，还包括：

一第八开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中该第八开关的该第一端耦接该第七开关的该第一端，而该第八开关的该控制端耦接该第七开关的该控制端；以及

一第九开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中该第九开关的该第一端耦接该第八开关的该第二端，而该第九开关的该第二端接收该栅极低电位电压，且该第九开关的该控制端耦接该第六开关的该控制端。

3.如权利要求1所述的移位寄存器，其特征在于，该第一单向性导通元件包括一N型晶体管，其栅极耦接其第一漏/源极，并作为该第一单向性导通元件的第一端，而其第二漏/源极作为该第一单向性导通元件的第二端。

4.如权利要求1所述的移位寄存器，其特征在于，该第二至该第四单向性导通元件分别包括：

一第一N型晶体管，其栅极耦接其第一漏/源极；以及

一第二N型晶体管，其栅极耦接该第一N型晶体管的第二漏/源极，而其第一漏/源极耦接该第一N型晶体管的第一漏/源极，其中该第一N型晶体管的栅极与其第一漏/源极以及该第二N型晶体管的第一漏/源极作为该第二至该第四单向性导通元件的第一端，而该第二N型晶体管的第二漏/源极作为该第二至该第四单向性导通元件的第二端。

5.如权利要求1所述的移位寄存器，其特征在于，该第七开关包括：

一第一N型晶体管；以及

一第二N型晶体管，其栅极耦接该第一N型晶体管的栅极，其第一漏/源极耦接该第一N型晶体管的第二漏/源极，其中该第二N型晶体管的第二漏/源极作为该第七开关的该第二端，而该第一与该第二N型晶体管的栅极作为该第七开关的该控制端，且该第一N型晶体管的第一漏/源极作为该第七开关的该第一端。

6.如权利要求1所述的移位寄存器，其特征在于，该第一至该第六开关分别为一N型晶体管，其栅极作为该第一至该第六开关的该控制端，而其第一漏/源极作为该第一至该第六开关的该第一端，且其第二漏/源极作为该第一至该第六开关的该第二端。

7.一种显示驱动器，包括：

多个串接的移位寄存器，每一个移位寄存器包括：

一第一单向导通元件，其信号从其第一端导向其第二端；

一第二单向导通元件，其信号从其第一端导向其第二端；

一第三单向导通元件，其信号从其第一端导向其第二端；

一第四单向导通元件，其信号从其第一端导向其第二端；

一第六开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其特征在于，该第六开关的该第二端接收该栅极低电位电压，而该第六开关的该控制端耦接该第五开关的该第一端；以及

一第七开关，具有一第一端、一第二端及一控制端，其特征在于，该第七开关的该控制端耦接该第一单向性导通元件的第二端，而该第七开关的该第一端耦接该第四单向性导通元件的第一端，且该第七开关的该第二端耦接该第六开关的该第一端。

8.如权利要求7所述的显示驱动器，其特征在于，每一个移位寄存器还包括：

9.如权利要求7所述的显示驱动器，其特征在于，该第一单向性导通元件包括一N型晶体管，其栅极耦接其第一漏/源极，并作为该第一单向性导通元件的第一端，而其第二漏/源极作为该第一单向性导通元件的第二端。

10.如权利要求7所述的显示驱动器，其特征在于，该第二至该第四单向性导通元件分别包括：

一第一N型晶体管，其栅极耦接其第一漏/源极；以及

11.如权利要求7所述的显示驱动器，其特征在于，该第七开关包括：

一第一N型晶体管；以及

12.如权利要求7所述的显示驱动器，其特征在于，该第一至该第六开关分别为一N型晶体管，其栅极作为该第一至该第六开关的该控制端，而其第一漏/源极作为该第一至该第六开关的该第一端，且其第二漏/源极作为该第一至该第六开关的该第二端。

13.如权利要求8所述的显示驱动器，其特征在于，第i+1个移位寄存器的该第一单向性导通元件的第一端耦接第i个移位寄存器的该第八开关的该第二端，其中i为自然数。

14.如权利要求7所述的显示驱动器，其特征在于，每一个移位寄存器分别接收一第一、一第二及一第三时脉信号，第3k+1个移位寄存器的该第二单向性导通元件的第一端接收该第二时脉信号，第3k+1个移位寄存器的该第三单向性导通元件的第一端接收该第三时脉信号，第3k+1个移位寄存器的该第四单向性导通元件的第一端接收该第一时脉信号，第3k+2个移位寄存器的该第二单向性导通元件的第一端接收该第三时脉信号，第3k+2个移位寄存器的该第三单向性导通元件的第一端接收该第一时脉信号，第3k+2个移位寄存器的该第四单向性导通元件的第一端接收该第二时脉信号，第3k个移位寄存器的该第二单向性导通元件的第一端接收该第一时脉信号，第3k个移位寄存器的该第三单向性导通元件的第一端接收该第二时脉信号，第3k个移位寄存器的该第四单向性导通元件的第一端接收该第三时脉信号；

其中，第一时脉信号与该第二时脉信号间的相位差为120度，第二时脉信号与该第三时脉信号间的相位差为120度，第一时脉信号与该第三时脉信号间的相位差为240度，k为自然数。

15.一种液晶显示面板，其中该液晶显示面板的一玻璃基板上直接配置有如权利要求8所述的显示驱动器，且该液晶显示面板为利用非晶硅制程或多晶硅制程制作而成。

16.一种具有如权利要求15所述的液晶显示面板的液晶显示器。